第14章 机械的运转及其速度波动的调节课件.ppt

作者潘存云 第14章 机械的运转及其速度波动的调节 14－1 研究内容及目的 14－2 机械的运转过程及作用力 14－3 机械系统等效动力学模型 14－4 机械运动方程式的建立及求解 14－5 机械周期性速度波动及其调节方法 14－6 机械非周期性速度波动及其调节方法 14－1 研究内容及目的 一、研究内容及目的 1. 研究在外力作用下机械的真实运动规律，目的是为运动分析作准备。 前述运动分析曾假定是常数，但实际上是变化的 设计新的机械，或者分析现有机械的工作性能时，往往想知道机械运转的稳定性、构件的惯性力以及在运动副中产生的反力的大小、Vmax amax的大小，因此要对机械进行运动分析。而前面所介绍的运动分析时，都假定运动件作匀速运动(ω＝const)。但在大多数情况下，ω≠const，而是力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量等参数的函数：ω＝F(P、M、φ、m、J)。只有确定了的原动件运动ω的变化规律之后，才能进行运动分析和力分析，从而为设计新机械提供依据。这就是研究机器运转的目的。 2. 研究机械运转速度的波动及其调节方法，目的是使机械的转速在允许范围内波动，而保证正常工作。 运动分析时，都假定原动件作匀速运动:ω＝const 实际上是多个参数的函数：ω＝F(P、M、φ、m、J) 力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量 动能增量 有害功 有效功 驱动功 作者：潘存云教授 t ω 一、机械运转过程的三个阶段 14－2 机械的运转过程及作用力 1.动能方程 由能量守恒定律知 机械运转时，所有外力之功等于动能增量： 2.机械的运转 Wd―Wr―Wf =E－00 输入功大于有害功之和。 a)启动阶段 速度0 ? ω,动能0 ? E 启动 Wd―Wr―Wf = E－E0 作者：潘存云教授 t ω 稳定运转 b)稳定运转阶段 在一个循环内有 Wd―Wr―Wf = △E＝0 ②匀速稳定阶段 ω＝常数，任意时刻都有： ①变速稳定阶段 ω在ωm上下周期波动, ω(t)=ω(t+Tp) △E=0 ? Wd= Wr+Wf Wd―Wr―Wf=E－E0＝0 ? Wd=Wr＋Wf 停止 输入功总是等于有用功与损失功之和。 ωm 启动 稳定运转的特点： 作者：潘存云教授 t ω 稳定运转 启动 c)停车阶段 ω ? 0 Wd―Wr―Wf = E－E00 输入功小于有用功与损失功之和。 ③非周期变速稳定运转 作者：潘存云教授 启动 ωm t ω 稳定运转 停止 停止 除了匀速稳定运转速度不需要调节外，其余两种情况均需要调节。 速度波动产生的不良后果： ①在运动副中引起附加动压力，加剧磨损，使工作可靠性降低。 ②引起弹性振动，消耗能量，使机械效率降低。 ③影响机械的工艺过程，使产品质量下降。 ④载荷突然减小或增大时，发生飞车或停车事故。 为了减小这些不良影响，就必须对速度波动范围进行调节。 速度波动调节的方法 1.飞轮调速━━对周期性速度波动，可在转动轴上安装一个质量较大的回转体（俗称）达到调速的目的。 2.调速器才能调节━━非周期性速度波动。 本章仅讨论飞轮调速问题。 ω Md 二、作用在机械上的力 驱动力是由原动机提供的动力，根据其特性的不同，它们可以是不同运动参数的函数： 内然机发出的驱动力是活塞位置的函数： 电动机提供的驱动力矩是转子角速度?的函数： 机械特性曲线━━原动机发出的驱动力（或力矩）与运动参数之间的函数关系曲线。 当用解析法研究机械在外力作用下，驱动力必须以解析表达式给出。一般较复杂 工程上常用通过额定转矩点N的直线NC代替曲线NC Md=M(s) Md=M(?) B N 交流异步电动机的机械特性曲线 A C Md=Mn(?0－?)/ (?0－?n) 其中Mn－额定转矩 ω0 ?0 －同步角速度机器铭牌 ωn ?n －额定角速度 ω 工作转速 1）驱动力 2)生产阻力——取决于生产工艺过程的特点。 有如下几种情况： ①生产阻力为常数，如车床； ②生产阻力为机构位置的函数，如压力机; ③生产阻力为执行构件速度的函数，如鼓风机、搅拌机等； ④生产阻力为时间的函数，如球磨机、揉面机等； 驱动力和生产阻力的确定，涉及到许多专门知识，已超出本课程的范围。 本课程所讨论机械在外力作用下运动时，假定外力为已知。 x y 1 2 3 O A B φ1 一、机器运动方程的一般表达式 动能定律：机械系统在时间△t内的的动能增量△E应等于作用于该系统所有各外力的元功△W。 举例：图示曲柄滑块机构中，设已知各构件角速度、质量、质心位置、质心速度、转动惯量,驱动力矩M1，阻力F3。 动能增量为： 外力所作的功： dW=Ndt dE=d(J1ω21 /2